Большая советская энциклопедия
СКОРОСТЬ ЗВУКА
Смотреть другие описанияСКОРОСТЬ ЗВУКА, скорость распространения к.-л. фиксированной фазы звуковой волны; наз. также фазовой скоростью, в отличие от групповой скорости. С. з. обычно величина постоянная для данного вещества при заданных внеш. условиях и не зависит от частоты волны и её амплитуды. В тех случаях, когда это не выполняется и С. з. зависит от частоты, говорят о дисперсии звука.
Для газов и жидкостей, где звук распространяется обычно адиабатически (т. е. изменение темп-ры, связанное со сжатиями и разряжениями в звуковой волне, не успевает выравниваться за период), выражение для С. з. можно представить, как
(формула Лапласа), где р0 - среднее давление в среде, R - универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная темп-pa, ц - молекулярный вес газа. При y = 1 получаем формулу Ньютона для С. з., соответствующую предположению об изотермич. характере процесса распространения.
В жидкостях обычно можно пренебречь различием между адиабатич. и изотермич. процессами.
С. з. в газах меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях меньше, как правило, чем в твёрдых телах, поэтому при сжижении газа С. з. возрастает. В табл. 1 и 2 приведены значения С. з. для нек-рых газов и жидкостей, причём в тех случаях, когда имеется дисперсия С. з., приведены её значения для малых частот, когда период звуковой волны больше, чем время релаксации.
Табл. 1- - Скорость звука в газах при О 0С и давлении 1 атм.
Газ
с, м/сек
Азот
334
Кислород
316
Воздух
331
Гелий
965
Водород
1284
Метан
430
Аммиак
415
С. з. в газах растёт с ростом темп-ры и давления; в жидкостях С. з., как правило, уменьшается с ростом темп-ры. Исключением из этого правила является вода, в к-рой С. з. увеличивается с ростом темп-ры и достигает максимума при темп-ре 74 0С, а с дальнейшим ростом темп-ры уменьшается. В морской воде С. з. зависит от темп-ры, солёности и глубины, что определяет ход звуковых лучей в море и, в частности, существование подводного звукового канала.
Табл. 2. -Скорость звука в жидкостях при 20 °С
Жидкость
с, м/сек
Вода
1490
Бензол
1324
Спирт этиловый
1180
Четырёххлористый углерод
920
Ртуть
1453
Глицерин
1923
С. з. в смесях газов или жидкостей зависит от концентрации компонентов смеси.
С. з. в изотропных твёрдых телах определяется модулями упругости вещества и его плотностью. В неограниченной твёрдой среде распространяются продольные и сдвиговые (поперечные) волны,причём фазовая С. з. для продольной волны равна
где Е - модуль Юнга, G - модуль сдвига, v - коэфф. Пуассона, К - модуль объёмного сжатия. Скорость распространения продольных волн всегда больше, чем скорость сдвиговых волн (см. табл. 3).
В монокристаллич. твёрдых телах С. з. зависит от направления распространения волны относительно кристаллогра-фич. осей. Во многих веществах С. з. зависит от наличия посторонних примесей. В металлах и сплавах С. з. существенно зависит от обработки, к-рой был подвергнут металл: прокат, ковка, отжиг и т. п.
Измерение С. з. используется для определения многих свойств веществ. Измерение малых изменений С. з. является чувствит. методом определения наличия примесей в газах и жидкостях. В твёрдых телах измерения С. з. и её зависимость от разных факторов позволяют исследовать зонную структуру полупроводников, строение Ферми поверхностей. в металлах и пр. Ряд контрольно-измерит. применений ультразвука в технике основан на измерениях С. з.
Всё вышеизложенное относится к распространению звука в сплошной среде, т. е. С. з. является макроскопич. характеристикой среды. Реальные вещества не являются сплошными; их дискретность приводит к необходимости рассмотрения упругих колебаний др. типов. В твёрдом теле понятие С. з. относится только к акустич. ветви колебаний кристаллической решётки.
Лит.: Ландау Л. Д., Л и ф ш и ц Е. М.. Механика сплошных сред, 2 изд., М., 1953; Михайлов И. Г., Соловьев В. А., Сырников JO. П., Основы молекулярной акустики, М., 1964; Колесников А. Е., Ультразвуковые измерения, М., 1970; Исакович М. А., Общая акустика, М., 1973. А.Л.Полякова.